Чтение онлайн

Этот случай в моем родном селе был для меня своего рода предупреждением. Берлинские эксперты и высокие чиновники в Вене были весьма вежливы и заискивающи со мной и вместе с газетными описаниями моих изобретений могли бы, пожалуй, вскружить мне голову и заставить меня вообразить, что я — «чародей». Многие изобретатели и ученые были испорчены внушением, что они — «чародеи». Я всегда говорил: когда известный изобретатель подвергается такого рода опасности, он должен, как какой-то владыка древности, нанять кого-нибудь, с тем, чтобы ему как можно чаще шептали в уши: «Вы простой смертный». Когда я смотрю на золотую медаль Э.Крессона от Института Франклина, на золотую медаль Национального института общественных наук, на медаль Эдисона от Американского института инженеров-электриков, на приз имени Эберта от Французской Академии и на всё другое, чего я удостоился за свои труды, я вспоминаю того профессора, который негодовал на свою неудачу, что он не сумел сделать тех выводов из опыта со шнуром, постоянно висевшим в его аудитории, какие сделал я из воображаемой струны Лагранжа. Это был счастливый день, когда 14 июля 1884 года я нашел в Латинском квартале в Париже букиниста, у которого купил книгу Лагранжа. Не случись этого, я может быть не узнал бы о замечательном сокровище струны, как и тот профессор. Мой ответ на вопрос идворского крестьянина: — Святой Микола! Как же тогда ты можешь жить среди них? — звучит так: «Простой идворский пастух и знаменитый парижский ученый Лагранж научили меня как жить среди американцев».

Математические проблемы в теории электрической трансмиссии и исследование свойств материала, используемого в конструкции катушек индуктивности, поглотили меня всего, и я забыл о том, что от меня ускользали замечательные возможности, представляемые новой физикой, которую я всегда символически представлял себе чертежом вакуумной лампы, так как она ведет свое начало от открытия Рентгена.

Не успел французский физик Перрин установить, что катодные лучи являются отрицательным электричеством, движущимся от отрицательного электрода вакуумной лампы к положительному, как профессор Кэмбриджского университета Д.Д.Томпсон нашел, что это отрицательное электричество концентрируется в маленьких частицах, которые называются сегодня электронами, и которые движутся с большой скоростью. Он также доказал, что отношение электрического заряда к массе каждого электрона может быть определено экспериментальным путем и, при определенных условиях, является определенной и неизменяемой величиной. Этот ученый, будучи еще двадцатипятилетним юношей, предсказал в 1881 г., за четырнадцать лет до открытия Рентгена, что катодные лучи являются маленькими отрицательно заряженными телами, движущимися с большой скоростью. Предположив, что они имеют сферическую форму, он, на основе электромагнитной теории Фарадея-Максвелла, вычислил отношение их заряда к массе. Д.Д.Томсон теоретически доказал, что их масса состоит из двух частей: одна часть обыкновенная, гравитационная или материальная масса, а другая — новая масса, пропорциональная электрической энергии в электроне и зависящая от скорости движения. Он изобрел и применил экспериментальный метод для определения пропорции. Самой значительной особенностью этого взаимоотношения между электромагнитной массой и скоростью движения было то, что, когда скорость приближалась к скорости света, масса приближалась к бесконечно большой величине. Но таких крайностей в скорости движения электронов в вакуумной лампе в то время обнаружено не было.

Французский физик Бекерель вскоре после открытия Рентгена обнаружил, что некоторые вещества, ассоциировавшиеся с элементом уранием, излучали электроны, отрицательные и положительные, не будучи в вакуумной лампе и не подвергаясь действию большой электрической силы. Г-жа Кюри изолировала самые активные из этих веществ и назвала их радием. Явление электронного излучения, открытое Бекерелем, было названо радиоактивностью. При этом было обнаружено, что радий способен излучать: отрицательные электроны, так называемые бета-лучи, часть из коих движется с огромной скоростью; положительные электроны, так называемые альфа-лучи, двигающиеся с малой скоростью, и наконец лучи, имеющие те же физические свойства, что и Рентгеновские. Бета-лучи, часть которых движется со скоростью, почти равной скорости света, позволили физикам определить экспериментальным путем, по методу Д.Д.Томсона, отношение между массой электрона и его скоростью. И, самое важное, было найдено, что, по всей вероятности, отрицательный электрон не содержит никакой другой массы, кроме массы присущей его электромагнитной энергии. Другими словами, отрицательный электрон является ничем иным как концентрированным электричеством. Эксперименты с положительным электричеством привели к подобным же заключениям. Другим замечательным результатом было открытие существенной разницы между массами и, следовательно, между формами электрической энергии, существующими в отрицательном и положительном электронах. Было обнаружено, что масса положительного электрона почти равна массе атома водорода, а масса отрицательного электрона составляла лишь примерно одну двухтысячную часть массы положительного электрона, и это означает, что если электроны имеют сферическую форму, то диаметр положительного электрона составляет лишь одну двухтысячную часть диаметра отрицательного электрона, поскольку энергия, а следовательно и масса обратно пропорциональны диаметру. Другими словами, в положительном электроне концентрация электричества на много больше, чем в отрицательном и поэтому на создание этой концентрации было затрачено значительно больше работы. Экспериментальные данные и вычисления показали, что диаметр отрицательного электрона составляет одну десятитысячную часть диаметра самого маленького по величине атома, то-есть атома водорода, а отсюда диаметр положительного электрона должен быть одной двадцатимиллионной частью диаметра атома водорода. Какое потрясающее открытие!

Замечательные результаты этих исторических экспериментов можно сказать навязали физикам электромагнитную теорию материи, именно ту теорию, которая утверждает, что основными элементами в структуре материи являются положительные и отрицательные электроны. На эту теорию мы находим слабый намек у Фарадея в его научных представлениях, подсказанных ему исследованиями электролиза. Нет необходимости говорить о том, что физики Соединенных Штатов с неослабевающим интересом следили за этими открытиями и заключавшимися в них новыми идеями. Этот интерес был пожалуй даже больше, чем интерес к открытиям Рентгеновских лучей и радиоактивности. Первым наглядным результатом такого внимания была организация в 1899 г. Американского Физического Общества, четверть века спустя после посещения Тиндалем Америки. Только подумайте, Соединенные Штаты, великая страна, не имели до этого физического общества!

Весьма знаменательно, что две важнейших американских организации в абстрактной науке зародились в Колумбийском колледже. Первой было Американское Математическое Общество. В 1888 году два молодых преподавателя Колумбийского колледжа Фиске и Джакоби основали математический клуб. Теперь первый стал уже профессором математики, а второй профессором астрономии в Колумбийском университете. Я присоединился к ним в 1889 году, как только вернулся в Колумбийский колледж. Мы превратили математический клуб в Нью-Йоркское Математическое Общество и президентом его избрали знаменитого преподавателя Колумбийского колледжа Ховарда ван Амринжа, бывшего долгое время старшим профессором математики. Доктор Фиске был секретарем Общества. Ни одна молодая и развивавшаяся научная организация не имела лучшего секретаря. Общество росло и в 1894 году было преобразовано в Американское Математическое Общество и имело в своих рядах большинство выдающихся математиков страны. Я очень горжусь тем, что являюсь одним из его членов.

В 1899 году несколько физиков Колумбийского колледжа, в том числе я, и наши коллеги из университетов Д.Гопкинса, Харварда, Йеля, Принстона, Корнеля, Кларка, а также из других мест, собрались в Колумбийском колледже и основали Американское Физическое Общество. Профессор А.Роулэнд, из университета Д.Гопкинса, был избран президентом. Одним из выдающихся членов Общества был профессор Эрнст Резерфорд из университета Мак-Джилла, в Монтреале. Теперь он — сэр Э.Резерфорд, профессор физики в Кэмбриджском университете и занимает кафедру, которою когда-то руководили Максвелл, Рэлей и Томсон. Последний является теперь сэром Д.Д.Томсоном в Тринити-колледже, в Кэмбридже. Весьма печальным фактом в прогрессе американской физики было то, что вследствие слабого здоровья Роуленда, его благотворное влияние в Обществе было коротким. Он умер в апреле 1901 года, будучи еще молодым человеком. Замечательные открытия Резерфорда в радиоактивности регулярно сообщались им лично на собраниях Общества, и я часто думал, что одни лишь эти собрания, не говоря о многих других, полностью оправдывали существование Общества. Сравнивая Американское Физическое Общество двадцать лет тому назад с Американским Физическим Обществом сегодня, мне кажется невероятным, что за такое короткое время было сделано так много.

В октябре 1899 года Роулэнд выступил с речью перед Обществом, во главе которого он стоял. Я помню, как счастлив он был в тот памятный день. Воодушевленный новейшими открытиями в электронной физике, он предсказывал новые откровения, ожидающие физиков в недалеком будущем. Охарактеризовав физику как «науку, стоящую выше всех других наук и занимающуюся основами вселенной, строением материи, из которой состоит вселенная, и эфиром в пространстве, благодаря которому составляющие вселенную различные части материи действуют друг на друга, он сказал, что физики Америки являются «аристократами научной мысли». Будем же культивировать идею наших стремлений так, чтобы они могли укрепить наше положение в обществе, которое дает пока свою высшую похвалу не исследователю чистой эфирной физики, для развития которой создана наша организация, но тому, кто использует эту науку для удовлетворения скорее физических, чем духовных потребностей человечества». Затем он сказал, что мы «ценим эпохи, в которые в науке появляются великие мысли и чтим великих людей, высказавших эти мысли и доказавших их истину». Потом, перечисляя важнейшие проблемы вселенной, он спрашивал: «Что такое материя, что такое всемирное тяготение, что такое эфир и излучение, что такое электричество и магнетизм, как всё это связано друг с другом и каково отношение всего этого к теплу?». Эти вопросы пытается разрешить электронная физика с того времени. Это и есть тот идеализм, который воодушевляет американского физика со времени Роуленда.

Электромагнитная теория материи была первым ответом на вопрос Роуленда: что такое материя? Но как обстоит дело с его вторым вопросом: что такое тяготение? Если материя состоит лишь из электронов, если они являются фундаментом материи, тогда концентрированному и хранящемуся в них электричеству может быть присуща, помимо хорошо известной электрической силы, и сила тяготения. Идея, пожалуй, новая, но… почему бы нет? Эйнштейн дает на это лучший ответ.

На вопрос Роулэнда: что такое эфир? — электронная физика дала загадочный ответ, но этот ответ привел нас к совершенно неожиданным результатам. Наши знаменитые физики Майкельсон и Морли являются комбинацией двух имен, известных сегодня научному миру больше, чем в древности были известны Кастор и Поллукс, когда Зевс, сходя с высоты Олимпа, искал сотрудничества со смертными людьми. Слава Майкельсона и Морли (эти имена неразрывны друг от друга) покоится на их экспериментальных наблюдениях о том, что эфирного течения не существует. Это значит, что, насколько современному человеку известно, в природе нет относительного движения между землей, движущейся через пространство, и эфиром, который как это предполагалось, должен был заполнять всё межпланетное пространство.

С другой стороны, гипотеза, утверждающая, что эфир движется с движущейся землей, ведет к непреодолимым трудностям. Поскольку Майкельсон, а позже и Морли, в попытках обнаружить течение эфира, пользовались излучением света, то стало необходимым еще раз проверить электромагнитную теорию распространения света, чтобы удостовериться, что свет, как это показано экспериментом Майкельсона и Морли, исходит из источника, который вместе с наблюдателем движется через пространство. Знаменитый голландский профессор Лоренс, которого я имею честь знать лично, первый успешно расширил эту теорию и удовлетворительно объяснил результаты исследований Майкельсона и Морли. Но расширение теории оказалось возможным благодаря смелому предположению. То же самое расширение теории было сделано Эйнштейном, но в данном случае оно было основано на широком физическом принципе, которого не было у Лоренса. Лоренс предпочел эйнштейновскую дедукцию своей теории, названной трансформацией Лоренса. Только что упомянутый физический принцип и есть известная сегодня «специальная» теория относительности, которую Эйнштейн позже расширил в «общую» теорию относительности. Теория Эйнштейна очень просто объясняет эксперимент Майкельсона-Морли. Она разрешает вопрос Роуленда о том, что такое эфир, — тоже очень просто. Она говорит, что в нашем анализе физических явлений эфир — излишнее понятие. Фарадей высказал подобное мнение восемьдесят лет назад. Упоминая о теории относительности Эйнштейна, я хочу подчеркнуть огромной важности факт, что благодаря ей стало возможным заключение, что все формы электрической энергии являются массой, имеющей инерцию и силу притяжения. В электромагнитной теории материи это доказательство играет очень важную роль. Одна из схем этой теории так проста и доступна даже ненаучному воображению, что я должен здесь сказать несколько слов об ее самых основных чертах.

Все атомы строятся из одного атома, атома водорода, состоящего из положительного электрона или протона, ядра и простого отрицательного электрона, вращающегося вокруг ядра, как спутник планеты. Тяжелый атом, например атом кислорода, состоит из шестнадцати атомов водорода, положительные ядра которых составляют положительное ядро или центральную часть атома кислорода. Некоторые отрицательные электроны распределяются среди положительных электронов центрального ядра, скрепляя их друг с другом, а другие отрицательные электроны вращаются как спутники вокруг центрального ядра. Число этих спутников является атомным числом атома и как раз это число, а не атомный вес, определяет химические свойства атомов. Это только беглый взгляд на структуру электронной физики, данный здесь с целью того, чтобы показать некоторые совершенно новые возможности, стоящие перед электрической физикой. Так, например, четыре атома водорода, соединяющихся в атом гелия, выделяют некоторое количество энергии. При этом мы говорим, что атомы водорода превращаются в тяжелый атом гелия, освобождая некоторое количество энергии. Атом гелия весит меньше, чем четыре атома водорода, вследствие уменьшенной энергии каждого атома водорода, причем уменьшение веса пропорционально уменьшению энергии. Это вытекает из теории Эйнштейна, которая в действительности является расширением теории, впервые предложенной сэром Д.Д.Томсоном. При этом замечательно то, что эти весовые отношения соответствуют предсказаниям теории. Количество энергии получаемой при переходе легких атомов в тяжелые — огромно, но мы не знаем, как вызвать процесс перехода. Возникает вопрос: не получают ли молодые очень раскаленные звезды, состоящие из газов с малым атомным весом, излучаемую ими энергию от перехода атомов малого атомного веса в атомы большого веса, и если это так, почему бы нам в один прекрасный день не узнать от звезд этот величайший секрет? Язык звезд имеет много секретов, которые мы должны разгадать. Он волнует мое воображение сегодня так же, как пятьдесят лет тому назад на пастбищах родного села.

Много других изумительных догадок может быть связано с новыми горизонтами, открываемыми электронной физикой, и все они говорят о красоте, богатстве и мощи новой науки, представляющей собою сочетание двух великих наук: физики и химии.

Индустрия весьма заинтересована новыми открытиями, которые, по выражению Роулэнда, «проникают в основы вселенной» и которые, несмотря на их революционный характер, легко доступны практическим людям. Электронная физика изобилует открытиями такого рода, и нам кажется, что они посыпались на нас, как ливень. Создаются вещи, казавшиеся раньше невозможными. Для примера возьмем хотя бы такую знакомую всем вещь, как полное превращение беспроволочного телеграфа в новую технику — радио. Вакуумная лампа с раскаленным металлическим волоском наполняется отрицательными электронами, которые выделяются этим волоском. Металлический волосок может быть назван радиоктивным. Электродвижущей силой может быть вызван особый ток, который гонит эти отрицательные электроны из пространства, окружающего раскаленный волосок, к положительному электроду. Здесь мы имеем новый тип лампы Крукса, действующей благодаря малому электрическому напряжению (что необходимо при холодном отрицательном электроде), а не благодаря напряжению мощной индукционной катушки. Этот ток называется термионическим и его количество может варьироваться по нашему желанию второй электрической силой, действующей через третий электрод, называемый сеткой и включаемый в цепь термионического тока. Это и есть так называемая Аудинская лампа, изобретенная бывшим студентом Иельского университета, доктором Ли де-Форест. В руках Западной Электрической Компании и Генеральной Электрической Компании эта лампа революционизировала всю радиотехнику. Мои старые изобретения электрической настройки и детектирования получили неожиданно силу благодаря применению этих ламп, а изобретения моего бывшего ученика и помощника Э.X.Армстронга и других дали нам такую технику радиовещания, которая превзошла самые смелые ожидания самых смелых оптимистов недавнего времени. Чего бы только ни касалась электронная физика, везде появляются самые неожиданные плоды и неудивительно, что сегодня так много людей трудится во вновь открытых плодородных полях электромагнитной теории. Придите на любое собрание Американского Физического Общества и вы убедитесь, что научное исследование в университетских лабораториях и лабораториях наших индустриальных предприятий превосходит даже смелое ожидание тех людей, которые пятьдесят лет назад во главе с Джозефом Генри положили начало движению в пользу усовершенствования научно-исследовательской работы. Университетские и индустриальные лаборатории являются следствием предостережения Роуленда: «В выборе предметов наших исследований нам следует, по возможности, работать над теми предметами, которые в конце концов дадут нужные знания». Что может быть важнее предмета вечной истины, и эта цель, по моему определению, и представляет собою идеализм в науке.